Iba pang mga artikulo sa serye:
- Kasaysayan ng relay
- Kasaysayan ng mga elektronikong kompyuter
- Kasaysayan ng transistor
- Kasaysayan sa Internet
Ang tunawan ng digmaan ay nagtakda ng yugto para sa pagdating ng transistor. Mula 1939 hanggang 1945, lumawak nang husto ang teknikal na kaalaman sa larangan ng semiconductor. At mayroong isang simpleng dahilan para dito: radar. Ang pinakamahalagang teknolohiya ng digmaan, ang mga halimbawa nito ay kinabibilangan ng: pag-detect ng mga pagsalakay sa himpapawid, paghahanap ng mga submarino, pagdidirekta sa mga pagsalakay sa hangin sa gabi sa mga target, pag-target sa mga sistema ng pagtatanggol sa hangin at mga baril ng dagat. Natutunan pa nga ng mga inhinyero kung paano i-shoehorn ang maliliit na radar sa mga artillery shell upang sila ay sumabog habang lumilipad sila malapit sa target - . Gayunpaman, ang pinagmulan ng makapangyarihang bagong teknolohiyang militar na ito ay nasa isang mas mapayapang larangan: ang pag-aaral sa itaas na kapaligiran para sa mga layuning pang-agham.
Radar
Noong 1901, matagumpay na naipadala ng Marconi Wireless Telegraph Company ang isang wireless na mensahe sa buong Atlantic, mula sa Cornwall hanggang Newfoundland. Ang katotohanang ito ay humantong sa modernong agham sa kalituhan. Kung ang mga pagpapadala ng radyo ay naglalakbay sa isang tuwid na linya (tulad ng nararapat), ang naturang transmisyon ay dapat na imposible. Walang direktang linya ng paningin sa pagitan ng England at Canada na hindi tumatawid sa Earth, kaya ang mensahe ni Marconi ay kailangang lumipad sa kalawakan. Ang American engineer na si Arthur Kennealy at ang British physicist na si Oliver Heaviside ay sabay-sabay at nakapag-iisa na iminungkahi na ang paliwanag para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay dapat na nauugnay sa isang layer ng ionized gas na matatagpuan sa itaas na kapaligiran, na may kakayahang sumasalamin sa mga radio wave pabalik sa Earth (Marconi mismo ay naniniwala na ang mga radio wave sundin ang kurbada ng ibabaw ng Earth, gayunpaman, hindi ito sinusuportahan ng mga physicist).
Noong 1920s, ang mga siyentipiko ay nakabuo ng mga bagong kagamitan na naging posible upang patunayan muna ang pagkakaroon ng ionosphere at pagkatapos ay pag-aralan ang istraktura nito. Gumamit sila ng mga vacuum tubes upang makabuo ng mga short-wave na pulso ng radyo, mga directional antenna para ipadala ang mga ito sa atmospera at i-record ang mga dayandang, at upang ipakita ang mga resulta. Kung mas mahaba ang pagkaantala ng echo return, mas malayo dapat ang ionosphere. Ang teknolohiyang ito ay tinatawag na atmospheric sounding, at nagbigay ito ng pangunahing teknikal na imprastraktura para sa pagbuo ng radar (ang terminong "radar", mula sa RAdio Detection And Ranging, ay hindi lumitaw hanggang sa 1940s sa US Navy).
Ilang oras na lang bago napagtanto ng mga taong may tamang kaalaman, mapagkukunan at pagganyak ang potensyal para sa mga panlupa na aplikasyon ng naturang kagamitan (kaya ang kasaysayan ng radar ay kabaligtaran ng kasaysayan ng teleskopyo, na unang inilaan para sa paggamit ng lupa) . At ang posibilidad ng gayong pananaw ay tumaas habang ang radyo ay kumalat nang higit pa sa buong planeta, at mas maraming tao ang nakapansin ng interference na nagmumula sa mga kalapit na barko, eroplano at iba pang malalaking bagay. Ang kaalaman sa mga teknolohiya sa pagpapatunog sa itaas na kapaligiran ay kumalat sa ikalawa (1932-1933), nang magtipon ang mga siyentipiko ng mapa ng ionosphere mula sa iba't ibang istasyon ng Arctic. Di-nagtagal, ang mga koponan sa Britain, USA, Germany, Italy, USSR at iba pang mga bansa ay bumuo ng kanilang pinakasimpleng sistema ng radar.
gamit ang kanyang 1935 radar
Pagkatapos ay nangyari ang digmaan, at ang kahalagahan ng mga radar sa mga bansa-at ang mga mapagkukunan upang mapaunlad ang mga ito-ay tumaas nang husto. Sa Estados Unidos, ang mga mapagkukunang ito ay natipon sa isang bagong organisasyon na itinatag noong 1940 sa MIT, na kilala bilang (ito ay pinangalanan nang partikular upang iligaw ang mga dayuhang espiya at lumikha ng impresyon na ang radyaktibidad ay pinag-aaralan sa laboratoryo - sa panahong iyon ay kakaunti ang mga taong naniniwala sa mga bombang atomika). Ang proyekto ng Rad Lab, na hindi naging kasing sikat ng Manhattan Project, gayunpaman ay nag-recruit ng mga pantay na namumukod-tangi at mahuhusay na pisiko mula sa buong Estados Unidos sa mga hanay nito. Lima sa mga unang empleyado ng laboratoryo (kabilang ang и ) pagkatapos ay tumanggap ng mga Nobel Prize. Sa pagtatapos ng digmaan, humigit-kumulang 500 mga doktor ng agham, mga siyentipiko at mga inhinyero ang nagtrabaho sa laboratoryo, at isang kabuuang 4000 katao ang nagtrabaho. Kalahating milyong dolyar—maihahambing sa buong badyet ng ENIAC—ay ginugol sa Radiation Laboratory Series lamang, isang dalawampu't pitong volume na talaan ng lahat ng kaalamang natamo mula sa laboratoryo noong panahon ng digmaan (bagama't hindi limitado ang paggasta ng gobyerno ng U.S. sa teknolohiya ng radar. sa badyet ng Rad Lab ; sa panahon ng digmaan ang gobyerno ay bumili ng tatlong bilyong dolyar na halaga ng mga radar).
MIT Building 20, kung saan matatagpuan ang Rad Lab
Ang isa sa mga pangunahing lugar ng pananaliksik ng Rad Lab ay ang high-frequency radar. Ang mga naunang radar ay gumamit ng mga wavelength na sinusukat sa metro. Ngunit ang mga beam na mas mataas ang dalas na may mga wavelength na sinusukat sa sentimetro—microwaves—ay nagbibigay-daan para sa mas compact na antenna at hindi gaanong nakakalat sa malalayong distansya, na nangangako ng mas malaking pakinabang sa saklaw at katumpakan. Ang mga microwave radar ay maaaring magkasya sa ilong ng isang eroplano at makakita ng mga bagay na kasing laki ng periscope ng submarino.
Ang unang nakalutas sa problemang ito ay isang pangkat ng mga British physicist mula sa University of Birmingham. Noong 1940 binuo nila ang "", na gumana tulad ng isang electromagnetic na "whistle", na ginagawang isang malakas at tumpak na sinag ng mga microwave ang random na pulso ng kuryente. Ang microwave transmitter na ito ay isang libong beses na mas malakas kaysa sa pinakamalapit na katunggali nito; nagbigay ito ng daan para sa mga praktikal na high-frequency radar transmitters. Gayunpaman, kailangan niya ng kasama, isang receiver na may kakayahang makakita ng mataas na frequency. At sa puntong ito bumalik tayo sa kasaysayan ng mga semiconductor.
Magnetron cross-section
Ang ikalawang pagdating ng balbas ng pusa
Ito ay lumabas na ang mga vacuum tube ay hindi angkop para sa pagtanggap ng mga signal ng microwave radar. Ang agwat sa pagitan ng mainit na katod at ng malamig na anode ay lumilikha ng isang kapasidad, na nagiging sanhi ng circuit na tumanggi na gumana sa mataas na mga frequency. Ang pinakamahusay na teknolohiyang magagamit para sa high-frequency na radar ay ang makalumang ""- isang maliit na piraso ng wire na idiniin sa isang semiconductor na kristal. Ilang tao ang nakatuklas nito nang nakapag-iisa, ngunit ang pinakamalapit sa aming kuwento ay ang nangyari sa New Jersey.
Noong 1938, nakipagkontrata ang Bell Labs sa Navy upang bumuo ng fire-control radar sa 40 cm range—mas maikli, at samakatuwid ay mas mataas ang frequency, kaysa sa mga kasalukuyang radar sa pre-resonant magnetron era. Ang pangunahing gawaing pananaliksik ay napunta sa isang dibisyon ng mga laboratoryo sa Holmdel, timog ng Staten Island. Hindi nagtagal para malaman ng mga mananaliksik kung ano ang kakailanganin nila para sa isang high-frequency na receiver, at hindi nagtagal ay sinilip ni engineer George Southworth ang mga tindahan ng radyo sa Manhattan para sa mga lumang cat-whisker detector. Gaya ng inaasahan, mas mahusay itong gumana kaysa sa lamp detector, ngunit hindi ito matatag. Kaya hinanap ni Southworth ang isang electrochemist na nagngangalang Russell Ohl at hiniling sa kanya na subukang pagbutihin ang pagkakapareho ng tugon ng isang single-point crystal detector.
Si Ol ay isang kakaibang tao, na isinasaalang-alang ang pag-unlad ng teknolohiya bilang kanyang kapalaran, at nakipag-usap tungkol sa mga pana-panahong pananaw na may mga pangitain sa hinaharap. Halimbawa, sinabi niya na noong 1939 alam niya ang tungkol sa hinaharap na pag-imbento ng isang silicon amplifier, ngunit ang kapalaran ay nakalaan para sa ibang tao na mag-imbento nito. Pagkatapos pag-aralan ang dose-dosenang mga opsyon, nanirahan siya sa silikon bilang pinakamahusay na sangkap para sa mga receiver ng Southworth. Ang problema ay ang kakayahang kontrolin ang mga nilalaman ng materyal upang makontrol ang mga katangiang elektrikal nito. Sa oras na iyon, ang mga pang-industriya na silikon na ingot ay laganap; sila ay ginamit sa mga gilingan ng bakal, ngunit sa naturang produksyon walang sinuman ang naaabala, sabihin, ang nilalaman ng 1% na posporus sa silikon. Humingi ng tulong sa isang pares ng mga metallurgist, nagtakda si Ol na kumuha ng mas malinis na mga blangko kaysa sa dati nang naging posible.
Habang nagtatrabaho sila, natuklasan nila na ang ilan sa kanilang mga kristal ay nagtuwid ng agos sa isang direksyon, habang ang iba ay nagtuwid ng agos sa kabilang direksyon. Tinawag nila silang "n-type" at "p-type". Ang karagdagang pagsusuri ay nagpakita na ang iba't ibang uri ng mga dumi ay may pananagutan sa mga ganitong uri. Ang Silicon ay nasa ika-apat na hanay ng periodic table, ibig sabihin mayroon itong apat na electron sa panlabas na shell nito. Sa isang blangko ng purong silikon, ang bawat isa sa mga electron na ito ay magsasama sa isang kapitbahay. Ang mga dumi mula sa ikatlong hanay, sabi ng boron, na may mas kaunting elektron, ay lumikha ng isang "butas," karagdagang espasyo para sa kasalukuyang paggalaw sa kristal. Ang resulta ay isang p-type semiconductor (na may labis na positibong singil). Ang mga elemento mula sa ikalimang hanay, tulad ng phosphorus, ay nagbigay ng karagdagang mga libreng electron upang magdala ng kasalukuyang, at isang n-type na semiconductor ay nakuha.
Crystal na istraktura ng silikon
Ang lahat ng pananaliksik na ito ay lubhang kawili-wili, ngunit noong 1940 sina Southworth at Ohl ay hindi na mas malapit sa paglikha ng isang gumaganang prototype ng isang high-frequency na radar. Kasabay nito, hiniling ng gobyerno ng Britanya ang agarang praktikal na resulta dahil sa nagbabantang banta mula sa Luftwaffe, na nakagawa na ng mga ready-to-production na microwave detector na nagtatrabaho kasabay ng mga magnetron transmitters.
Gayunpaman, ang balanse ng mga pagsulong sa teknolohiya ay malapit nang magtungo sa kanlurang bahagi ng Atlantiko. Nagpasya si Churchill na ibunyag ang lahat ng mga teknikal na lihim ng Britain sa mga Amerikano bago siya aktwal na pumasok sa digmaan (dahil ipinapalagay niya na ito ay mangyayari pa rin). Naniniwala siya na sulit ang panganib ng pagtagas ng impormasyon, mula noon ang lahat ng mga kakayahan sa industriya ng Estados Unidos ay itatapon sa paglutas ng mga problema tulad ng mga sandatang atomiko at radar. British Science and Technology Mission (mas kilala bilang ) dumating sa Washington noong Setyembre 1940 at dinala ang kanyang bagahe ng regalo sa anyo ng mga teknolohikal na kababalaghan.
Ang pagtuklas ng hindi kapani-paniwalang kapangyarihan ng resonant magnetron at ang pagiging epektibo ng mga British crystal detector sa pagtanggap ng signal nito ay nagpasigla sa pananaliksik ng Amerika sa mga semiconductor bilang batayan ng high-frequency na radar. Napakaraming gawain ang dapat gawin, lalo na sa agham ng materyal. Upang matugunan ang pangangailangan, ang mga kristal na semiconductor ay “kinailangang gawin sa milyun-milyon, higit pa kaysa dati. Ito ay kinakailangan upang mapabuti ang pagwawasto, bawasan ang shock sensitivity at burn-in, at i-minimize ang pagkakaiba-iba sa pagitan ng iba't ibang mga batch ng mga kristal."
Silicon Point Contact Rectifier
Nagbukas ang Rad Lab ng mga bagong departamento ng pananaliksik upang pag-aralan ang mga katangian ng mga kristal na semiconductor at kung paano mababago ang mga ito upang mapakinabangan ang mahahalagang katangian ng receiver. Ang pinaka-promising na materyales ay silicon at germanium, kaya nagpasya ang Rad Lab na i-play ito nang ligtas at naglunsad ng mga parallel na programa para pag-aralan ang pareho: silicon sa University of Pennsylvania at germanium sa Purdue. Ang mga higante sa industriya tulad ng Bell, Westinghouse, Du Pont, at Sylvania ay nagsimula ng kanilang sariling mga programa sa pagsasaliksik ng semiconductor at nagsimulang bumuo ng mga bagong pasilidad sa pagmamanupaktura para sa mga crystal detector.
Sa pamamagitan ng magkasanib na pagsisikap, ang kadalisayan ng silikon at germanium na mga kristal ay itinaas mula sa 99% sa simula hanggang 99,999% - iyon ay, sa isang impurity particle sa bawat 100 atoms. Sa proseso, ang isang kadre ng mga siyentipiko at inhinyero ay naging malapit na nakilala ang mga abstract na katangian ng germanium at silikon at inilapat ang mga teknolohiya para sa pagkontrol sa kanila: pagtunaw, lumalaking mga kristal, pagdaragdag ng mga kinakailangang impurities (tulad ng boron, na nagpapataas ng conductivity).
At pagkatapos ay natapos ang digmaan. Ang pangangailangan para sa radar ay nawala, ngunit ang kaalaman at kasanayan na nakuha sa panahon ng digmaan ay nanatili, at ang pangarap ng isang solid-state amplifier ay hindi nakalimutan. Ngayon ang lahi ay upang lumikha ng tulad ng isang amplifier. At hindi bababa sa tatlong koponan ang nasa magandang posisyon upang manalo ng premyong ito.
Kanlurang Lafayette
Ang una ay isang grupo mula sa Purdue University na pinamumunuan ng isang Austrian-born physicist na nagngangalang Carl Lark-Horowitz. Nag-iisang inilabas niya ang departamento ng pisika ng unibersidad sa pamamagitan ng kanyang talento at impluwensya at naimpluwensyahan ang desisyon ng Rad Lab na ipagkatiwala sa kanyang laboratoryo ang pananaliksik sa germanium.
Carl Lark-Horowitz noong 1947, sa gitna, na may hawak na tubo
Noong unang bahagi ng 1940s, ang silikon ay itinuturing na pinakamahusay na materyal para sa mga rectifier ng radar, ngunit ang materyal na nasa ibaba lamang nito sa periodic table ay mukhang karapat-dapat sa karagdagang pag-aaral. Ang Germanium ay may praktikal na kalamangan dahil sa mas mababang punto ng pagkatunaw nito, na nagpadali sa paggamit nito: mga 940 degrees, kumpara sa 1400 degrees para sa silikon (halos kapareho ng bakal). Dahil sa mataas na punto ng pagkatunaw, napakahirap gumawa ng blangko na hindi tumagas sa tinunaw na silikon, na nakakahawa dito.
Samakatuwid, ginugol ni Lark-Horowitz at ng kanyang mga kasamahan ang buong digmaan sa pag-aaral ng kemikal, elektrikal at pisikal na katangian ng germanium. Ang pinakamahalagang balakid ay ang "reverse boltahe": ang mga germanium rectifier, sa napakababang boltahe, ay huminto sa pagwawasto ng kasalukuyang at pinapayagan itong dumaloy sa kabaligtaran ng direksyon. Sinunog ng reverse current pulse ang natitirang bahagi ng radar. Isa sa mga nagtapos na estudyante ng Lark-Horowitz, si Seymour Benzer, ay pinag-aralan ang problemang ito nang higit sa isang taon, at sa wakas ay nakabuo ng isang additive na nakabatay sa lata na huminto sa mga baligtad na pulso sa mga boltahe na hanggang daan-daang volts. Di-nagtagal pagkatapos noon, ang Western Electric, ang dibisyon ng pagmamanupaktura ng Bell Labs, ay nagsimulang mag-isyu ng mga rectifier ng Benzer para sa paggamit ng militar.
Ang pag-aaral ng germanium sa Purdue ay nagpatuloy pagkatapos ng digmaan. Noong Hunyo 1947, si Benzer, na isang propesor, ay nag-ulat ng isang hindi pangkaraniwang anomalya: sa ilang mga eksperimento, ang mga high-frequency na oscillations ay lumitaw sa mga kristal na germanium. At ang kanyang kasamahan na si Ralph Bray ay nagpatuloy sa pag-aaral ng "volumetric resistance" sa isang proyekto na sinimulan sa panahon ng digmaan. Inilarawan ng paglaban sa volume kung paano dumadaloy ang kuryente sa germanium crystal sa contact point ng rectifier. Nalaman ni Bray na ang mataas na boltahe na pulso ay makabuluhang nagbawas ng resistensya ng n-type na germanium sa mga agos na ito. Nang hindi niya alam, nasaksihan niya ang tinatawag. "minority" charge carriers. Sa mga n-type na semiconductor, ang labis na negatibong singil ay nagsisilbing mayoryang tagadala ng singil, ngunit ang mga positibong "butas" ay maaari ding magdala ng kasalukuyang, at sa kasong ito, ang mga mataas na boltahe na pulso ay lumikha ng mga butas sa istruktura ng germanium, na nagdulot ng paglitaw ng mga carrier ng minorya. .
Mapanuksong lumapit sina Bray at Benzer sa germanium amplifier nang hindi namamalayan. Nahuli ni Benzer si Walter Brattain, isang Bell Labs scientist, sa isang kumperensya noong Enero 1948 upang talakayin ang volumetric drag sa kanya. Iminungkahi niya na maglagay si Brattain ng isa pang point contact sa tabi ng una na maaaring magsagawa ng kasalukuyang, at pagkatapos ay maaari nilang maunawaan kung ano ang nangyayari sa ilalim ng ibabaw. Tahimik na sumang-ayon si Brattain sa panukalang ito at umalis. Gaya ng makikita natin, alam na alam niya kung ano ang maaaring ibunyag ng gayong eksperimento.
Oney-sous-Bois
Ang pangkat ng Purdue ay may parehong teknolohiya at mga teoretikal na pundasyon upang gawin ang paglukso patungo sa transistor. Ngunit maaari lamang nilang natisod ito nang hindi sinasadya. Interesado sila sa mga pisikal na katangian ng materyal, at hindi sa paghahanap ng bagong uri ng device. Iba't ibang sitwasyon ang namayani sa Aunes-sous-Bois (France), kung saan dalawang dating mananaliksik ng radar mula sa Germany, sina Heinrich Welker at Herbert Mathare, ang namuno sa isang pangkat na ang layunin ay lumikha ng mga pang-industriyang semiconductor device.
Si Welker ay unang nag-aral at pagkatapos ay nagturo ng pisika sa Unibersidad ng Munich, na pinamamahalaan ng sikat na teorista na si Arnold Sommerfeld. Mula noong 1940, umalis siya sa isang purong teoretikal na landas at nagsimulang magtrabaho sa isang radar para sa Luftwaffe. Si Mathare (ng Belgian na pinagmulan) ay lumaki sa Aachen, kung saan siya nag-aral ng physics. Sumali siya sa departamento ng pananaliksik ng higanteng radyo ng Aleman na Telefunken noong 1939. Sa panahon ng digmaan, inilipat niya ang kanyang trabaho mula sa Berlin silangan patungo sa kumbento sa Silesia upang maiwasan ang mga pagsalakay sa himpapawid ng Allied, at pagkatapos ay bumalik sa kanluran upang maiwasan ang sumusulong na Pulang Hukbo, na kalaunan ay nahulog sa mga kamay ng hukbong Amerikano.
Tulad ng kanilang mga karibal sa Anti-Hitler Coalition, alam ng mga German noong unang bahagi ng 1940s na ang mga crystal detector ay mainam na mga receiver para sa radar, at ang silicon at germanium ay ang pinaka-promising na materyales para sa kanilang paglikha. Sinubukan nina Mathare at Welker sa panahon ng digmaan na mapabuti ang mahusay na paggamit ng mga materyales na ito sa mga rectifier. Pagkatapos ng digmaan, ang dalawa ay sumailalim sa panaka-nakang interogasyon tungkol sa kanilang gawaing militar, at kalaunan ay nakatanggap ng imbitasyon mula sa isang opisyal ng intelihente ng Pransya sa Paris noong 1946.
Ang Compagnie des Freins & Signaux ("kumpanya ng mga preno at signal"), isang French division ng Westinghouse, ay nakatanggap ng kontrata mula sa French na awtoridad sa telepono upang lumikha ng mga solid-state rectifier at humingi ng tulong sa mga German scientist. Ang gayong alyansa ng mga kamakailang kaaway ay maaaring mukhang kakaiba, ngunit ang pag-aayos na ito ay naging lubos na kanais-nais para sa magkabilang panig. Ang mga Pranses, na natalo noong 1940, ay walang kakayahang makakuha ng kaalaman sa larangan ng semiconductor, at lubhang kailangan nila ang mga kasanayan ng mga Aleman. Ang mga Aleman ay hindi maaaring magsagawa ng pag-unlad sa anumang mga high-tech na larangan sa isang inookupahan at digmaang bansa, kaya't sila ay tumalon sa pagkakataon na magpatuloy sa pagtatrabaho.
Nagtayo sina Welker at Mathare ng punong-tanggapan sa isang dalawang palapag na bahay sa Paris suburb ng Aunes-sous-Bois, at sa tulong ng isang pangkat ng mga technician, matagumpay nilang nailunsad ang mga germanium rectifier sa pagtatapos ng 1947. Pagkatapos ay bumaling sila sa mas seryoso mga premyo: Bumalik si Welker sa kanyang interes sa mga superconductor, at si Mathare sa mga amplifier.
Herbert Mathare noong 1950
Sa panahon ng digmaan, nag-eksperimento si Mathare sa mga two-point contact rectifier—“duodeodes”—sa pagtatangkang bawasan ang ingay sa circuit. Ipinagpatuloy niya ang kanyang mga eksperimento at sa lalong madaling panahon natuklasan niya na ang pangalawang balbas ng pusa, na matatagpuan sa ika-1/100 milyon ng isang metro mula sa una, ay minsan ay maaaring baguhin ang kasalukuyang dumadaloy sa unang whisker. Gumawa siya ng solid state amplifier, kahit na isang walang silbi. Upang makamit ang mas maaasahang pagganap, bumaling siya kay Welker, na nagkaroon ng malawak na karanasan sa pagtatrabaho sa mga kristal na germanium noong panahon ng digmaan. Lumaki ang koponan ni Welker, mas dalisay na mga sample ng germanium crystals, at habang bumuti ang kalidad ng materyal, naging maaasahan ang Mathare point contact amplifier noong Hunyo 1948.
X-ray na imahe ng isang "transistron" batay sa Mathare circuit, na may dalawang punto ng kontak sa germanium
Si Mathare ay may teoretikal na modelo ng kung ano ang nangyayari: naniniwala siya na ang pangalawang contact ay gumawa ng mga butas sa germanium, pinabilis ang pagpasa ng kasalukuyang sa pamamagitan ng unang contact, na nagbibigay ng mga carrier ng minority charge. Si Welker ay hindi sumang-ayon sa kanya, at naniniwala na ang nangyayari ay nakasalalay sa ilang uri ng epekto sa larangan. Gayunpaman, bago nila magawa ang aparato o teorya, nalaman nila na ang isang grupo ng mga Amerikano ay nakabuo ng eksaktong parehong konsepto - isang germanium amplifier na may dalawang point contact - anim na buwan na ang nakalipas.
Burol ng Murray
Sa pagtatapos ng digmaan, binago ni Mervyn Kelly ang semiconductor research group ng Bell Labs na pinamumunuan ni Bill Shockley. Lumaki ang proyekto, nakatanggap ng mas maraming pondo, at lumipat mula sa orihinal nitong lab building sa Manhattan patungo sa isang lumalawak na campus sa Murray Hill, New Jersey.
Murray Hill Campus, ca. 1960
Upang makilala muli ang kanyang sarili sa mga advanced na semiconductor (pagkatapos ng kanyang oras sa pagsasaliksik sa operasyon sa panahon ng digmaan), binisita ni Shockley ang laboratoryo ng Holmdel ni Russell Ohl noong tagsibol ng 1945. Ginugol ni Ohl ang mga taon ng digmaan sa pagtatrabaho sa silikon at hindi nag-aksaya ng oras. Ipinakita niya kay Shockley ang crude amplifier ng sarili niyang construction, na tinawag niyang "desister." Kumuha siya ng silicon point contact rectifier at nagpadala ng current mula sa baterya sa pamamagitan nito. Tila, ang init mula sa baterya ay nagbawas ng resistensya sa buong contact point, at ginawa ang rectifier sa isang amplifier na may kakayahang magpadala ng mga papasok na signal ng radyo sa isang circuit na may sapat na lakas upang paganahin ang isang speaker
Ang epekto ay krudo at hindi mapagkakatiwalaan, hindi angkop para sa komersyalisasyon. Gayunpaman, sapat na upang kumpirmahin ang opinyon ni Shockley na posible na lumikha ng isang amplifier ng semiconductor, at dapat itong gawing priyoridad para sa pananaliksik sa larangan ng solid-state electronics. Ito rin ang pagpupulong sa koponan ni Ola ang nagkumbinsi kay Shockley na dapat pag-aralan muna ang silicon at germanium. Nagpakita sila ng mga kaakit-akit na katangian ng elektrikal, at ang mga kapwa metallurgist ni Ohl na sina Jack Skaff at Henry Theurer ay nakamit ang kamangha-manghang tagumpay sa pagpapalaki, paglilinis, at pagdo-doping ng mga kristal na ito sa panahon ng digmaan, na nalampasan ang lahat ng mga teknolohiyang magagamit para sa iba pang mga semiconductor na materyales. Ang grupo ni Shockley ay hindi na mag-aaksaya pa ng oras sa pre-war copper oxide amplifier.
Sa tulong ni Kelly, nagsimulang mag-assemble si Shockley ng bagong team. Kasama sa mga pangunahing manlalaro sina Walter Brattain, na tumulong kay Shockley sa kanyang unang pagtatangka sa isang solid-state amplifier (noong 1940), at John Bardeen, isang batang pisiko at bagong empleyado ng Bell Labs. Malamang na si Bardeen ang may pinakamalawak na kaalaman sa solid state physics ng sinumang miyembro ng pangkat—inilarawan ng kanyang disertasyon ang mga antas ng enerhiya ng mga electron sa istruktura ng sodium metal. Isa rin siyang protégé ni John Hasbrouck Van Vleck, tulad nina Atanasov at Brattain.
At tulad ni Atanasov, ang mga disertasyon nina Bardeen at Shockley ay nangangailangan ng napakasalimuot na mga kalkulasyon. Kinailangan nilang gamitin ang quantum mechanical theory ng semiconductors, na tinukoy ni Alan Wilson, upang kalkulahin ang istruktura ng enerhiya ng mga materyales gamit ang desktop calculator ni Monroe. Sa pamamagitan ng pagtulong sa paglikha ng transistor, sila, sa katunayan, ay nag-ambag sa pag-save ng mga mag-aaral na nagtapos sa hinaharap mula sa naturang gawain.
Ang unang diskarte ni Shockley sa isang solid-state amplifier ay umasa sa tinatawag na "". Sinuspinde niya ang isang metal plate sa isang n-type na semiconductor (na may labis na negatibong singil). Ang paglalagay ng positibong singil sa plato ay humihila ng labis na mga electron sa ibabaw ng kristal, na lumilikha ng isang ilog ng mga negatibong singil kung saan madaling dumaloy ang electric current. Ang pinalakas na signal (kinakatawan ng antas ng singil sa wafer) sa ganitong paraan ay maaaring baguhin ang pangunahing circuit (na dumadaan sa ibabaw ng semiconductor). Ang kahusayan ng pamamaraan na ito ay iminungkahi sa kanya ng kanyang teoretikal na kaalaman sa pisika. Ngunit, sa kabila ng maraming mga eksperimento at eksperimento, ang pamamaraan ay hindi kailanman gumana.
Noong Marso 1946, nakagawa si Bardeen ng isang mahusay na binuo na teorya na nagpapaliwanag ng dahilan para dito: ang ibabaw ng isang semiconductor sa antas ng quantum ay kumikilos nang iba sa mga panloob nito. Ang mga negatibong singil na iginuhit sa ibabaw ay nakulong sa "mga estado sa ibabaw" at hinaharangan ang electric field mula sa pagtagos sa plato sa materyal. Ang natitirang bahagi ng koponan ay natagpuan na ang pagsusuri na ito ay nakakahimok, at naglunsad ng isang bagong programa sa pananaliksik sa tatlong landas:
- Patunayan ang pagkakaroon ng mga estado sa ibabaw.
- Pag-aralan ang kanilang mga ari-arian.
- Alamin kung paano talunin ang mga ito at gawin itong gumana .
Pagkatapos ng isang taon at kalahati ng pananaliksik at eksperimento, noong Nobyembre 17, 1947, gumawa si Brattain ng isang pambihirang tagumpay. Natuklasan niya na kung maglagay siya ng likidong puno ng ion, tulad ng tubig, sa pagitan ng wafer at semiconductor, ang isang electric field mula sa wafer ay magtutulak sa mga ion patungo sa semiconductor, kung saan ine-neutralize nila ang mga singil na nakulong sa mga estado sa ibabaw. Ngayon ay maaari na niyang kontrolin ang electrical behavior ng isang piraso ng silicon sa pamamagitan ng pagpapalit ng charge sa wafer. Ang tagumpay na ito ay nagbigay kay Bardeen ng ideya para sa isang bagong diskarte sa paglikha ng isang amplifier: palibutan ang contact point ng rectifier ng electrolyte na tubig, at pagkatapos ay gumamit ng pangalawang wire sa tubig upang kontrolin ang mga kondisyon sa ibabaw, at sa gayon ay kontrolin ang antas ng conductivity ng pangunahing contact. Kaya naabot nina Bardeen at Brattain ang finish line.
Ang ideya ni Bardeen ay gumana, ngunit ang amplification ay mahina at pinapatakbo sa napakababang mga frequency na hindi naa-access sa tainga ng tao - kaya ito ay walang silbi bilang isang amplifier ng telepono o radyo. Iminungkahi ni Bardeen na lumipat sa reverse-voltage-resistant germanium na ginawa sa Purdue, sa paniniwalang mas kaunting singil ang makokolekta sa ibabaw nito. Bigla silang nakatanggap ng isang malakas na pagtaas, ngunit sa kabaligtaran ng direksyon mula sa inaasahan. Natuklasan nila ang minority carrier effect - sa halip na ang mga inaasahang electron, ang kasalukuyang dumadaloy sa germanium ay pinalakas ng mga butas na nagmumula sa electrolyte. Ang kasalukuyang sa wire sa electrolyte ay lumikha ng isang p-type na layer (isang rehiyon ng labis na positibong singil) sa ibabaw ng n-type na germanium.
Ang kasunod na mga eksperimento ay nagpakita na walang electrolyte ang kinakailangan: sa pamamagitan lamang ng paglalagay ng dalawang contact point na malapit sa ibabaw ng germanium, posible na baguhin ang kasalukuyang mula sa isa sa mga ito patungo sa kasalukuyang sa kabilang banda. Upang mailapit ang mga ito hangga't maaari, binalot ni Brattain ang isang piraso ng gintong foil sa paligid ng isang tatsulok na piraso ng plastik at pagkatapos ay maingat na pinutol ang foil sa dulo. Pagkatapos, gamit ang isang spring, pinindot niya ang tatsulok laban sa germanium, bilang isang resulta kung saan ang dalawang gilid ng hiwa ay hinawakan ang ibabaw nito sa layo na 0,05 mm. Ibinigay nito ang prototype ng transistor ng Bell Labs sa natatanging hitsura nito:
Brattain at Bardeen transistor prototype
Tulad ng device nina Mathare at Welker, ito ay, sa prinsipyo, isang klasikong "bulo ng pusa", na may dalawang punto ng contact sa halip na isa. Noong Disyembre 16, gumawa ito ng isang makabuluhang pagtaas sa kapangyarihan at boltahe, at isang dalas ng 1000 Hz sa saklaw ng naririnig. Makalipas ang isang linggo, pagkatapos ng maliliit na pagpapabuti, tumaas ng 100 beses sina Bardeen at Brattain at 40 beses ang kapangyarihan, at ipinakita sa mga direktor ni Bell na ang kanilang device ay maaaring makagawa ng naririnig na pananalita. Si John Pierce, isa pang miyembro ng solid-state development team, ay lumikha ng terminong "transistor" pagkatapos ng pangalan ng Bell's copper oxide rectifier, ang varistor.
Sa susunod na anim na buwan, pinananatiling lihim ng laboratoryo ang bagong paglikha. Nais ng management na matiyak na nauna na silang magsimula sa pagkomersyal ng transistor bago ito makuha ng iba. Ang isang press conference ay naka-iskedyul para sa Hunyo 30, 1948, sa tamang oras upang basagin ang mga pangarap ni Welker at Mathare tungkol sa imortalidad. Samantala, ang grupo ng pananaliksik ng semiconductor ay tahimik na bumagsak. Matapos marinig ang tungkol sa mga nagawa nina Bardeen at Brattain, ang kanilang amo, si Bill Shockley, ay nagsimulang magtrabaho upang kunin ang lahat ng kredito para sa kanyang sarili. At kahit na siya ay gumanap lamang ng isang obserbasyonal na papel, si Shockley ay nakatanggap ng pantay, kung hindi higit pa, publisidad sa pampublikong pagtatanghal - tulad ng nakikita sa inilabas na larawan niya sa kasagsagan ng aksyon, sa tabi mismo ng isang lab bench:
1948 publicity photo - Bardeen, Shockley at Brattain
Gayunpaman, ang pantay na katanyagan ay hindi sapat para kay Shockley. At bago pa malaman ng sinuman sa labas ng Bell Labs ang tungkol sa transistor, abala siya sa muling pag-imbento nito para sa sarili niya. At ito lamang ang una sa maraming mga muling pag-imbento.
Kung anu-ano pang babasahin
- Robert Buderi, The Invention That Changed the World (1996)
- Michael Riordan, "How Europe Missed the Transistor," IEEE Spectrum (Nob. 1, 2005)
- Michael Riordan at Lillian Hoddeson, Crystal Fire (1997)
- Armand Van Dormael, "Ang 'French' Transistor," (1994)
Pinagmulan: www.habr.com